|
№ п/п
|
Наименование величины
|
Обозна- чение
|
Размер- ность
|
Расчётная формула или способ определения
|
Знач. вел.
|
Доп. усл.
|
|
1
|
Расход топлива
|
B
|
кг/с
|
из табл. 4
|
0,86
|
|
|
2
|
Низшая теплота сгорания топлива
|
Qрн
|
кДж/кг
|
из табл. 1
|
39800
|
|
3
|
Количество теплоты, переданной поверхности нагрева
|
|
|
в топке
|
Qл
|
кДж/кг
|
из табл. 6
|
12852
|
|
|
в парообразующем пучке
|
Qп
|
кДж/кг
|
из табл. 7
|
16200
|
|
|
в пароперегревателе
|
Qпер
|
кДж/кг
|
из табл. 8
|
40430
|
|
|
в воздухоподогревателе
|
Qвп
|
кДж/кг
|
из табл. 9
|
|
|
|
Сумма
|
ΣQк
|
кДж/кг
|
Qл+Qп+Qпер+Qвп
|
35848
|
|
|
4
|
Энтальпия влажного насыщенного пара и питательной воды
|
ix
|
кДж/кг
|
из табл. 4
|
2794
|
|
|
iп.в
|
кДж/кг
|
из табл. 4
|
292
|
|
5
|
Испарительность топлива
|
u
|
кг/кг
|
(ΣQк-Qпер)/(ix-iп.в)
|
15,54
|
|
|
6
|
Паропроизводительность
|
Dк
|
кг/с
|
u∙B
|
13,35
|
|
|
7
|
К. П. Д.
|
ηк
|
%
|
ΣQк∙100/(Qрн+Qв.п)
|
90,07
|
|
Приложение
В топку всегда подаётся избыточное
количество воздуха, вследствие невозможного идеального перемешивания паров
топлива и воздуха, в топку подаётся избыточное количество воздуха α=Vд/V0. Коэффициент избытка воздуха α зависящее от вида топлива, качества его распыливания,
технического совершенства топочных устройств, температуры воздуха и других
факторов. Для вспомогательных котлов коэффициент избытка воздуха может
составлять α=1,2÷1,3. В расчёте принимаем
α=1,2.
Потеря теплоты с уходящими газами q3
обусловлена тем, что углерод за время нахождения топлива в топке не успевает
окислится до CO2, и некоторая часть окиси СО покидает топку с
дымовыми газами. При качественном сгорании окиси углерода СО мало, и потери q3
редко превышают 0,5% на номинальной нагрузке. С уменьшением нагрузки котла q3
незначительно возрастает (вследствие понижения температуры горения), а с
уменьшением коэффициента избытка воздуха - увеличивается из-за нехватки
кислорода для горения. Из опыта эксплуатации потери теплоты с уходящими газами
практически отсутствует, в расчёте принимаем q3=0,1.
Потеря теплоты в окружающую среду
через наружные поверхности обшивки и котла q5 определяется размерами
котла, качеством изоляции обшивки и наличием двойного кожуха котла. Потери в
окружающую среду достаточно малы и на номинальной нагрузке для вспомогательных
водотрубных котлов составляют 1,5÷2,5%. В расчёте принимаем q5=2,5%
При снижении нагрузки потеря q5
возрастает по формуле q5'=0,5∙q5∙(1+Dк/Dк'),
где q5' - и потеря в
окружающую среду при долевой нагрузке (Dк').
При 25% нагрузке q5'=0,5∙2,5∙(1+25/6,25)=6,25%
Тепловое напряжение топочного объёма
(объемная плотность теплового потока), кВт/м3:
qV=B∙Qрн/Vт
гдеВ - расход топлива, кг/ч;рн
- теплота сгорания топлива, кДж/кг;т - объём топки, м3;
Надёжная работа вспомогательного
котла в течение длительного времени может быть обеспечена, если тепловое
напряжение топочного объема при нормальной нагрузке составляет около 520÷640 кВт/м3.
Необходимо при этом учитывать взаимную связь между тепловым напряжением
топочного объема, степенью экранирования топки, и температурой газов. Развитое
экранирование топки позволяет при прочих равных условиях понизить температуру
газов. При повышении величины qV (не в ущерб надёжности) можно
увеличить габаритные размеры котла. Тепловое напряжение топочного объема
зависит от габаритных размеров котла (при повышении величины qV (не
в ущерб надёжности) можно увеличить габаритные размеры котла). Для
котлоагрегата установленного на танкере «Победа» в расчёте принимаем qV=640.
Угловой коэффициент экранных трубок x учитывает долю тепла,
воспринимаемую трубами экрана от всего количества тепла, которое могла бы
воспринимать сплошная плоская металлическая стенка площадью Fст.э,
имеющая такую же температуру, как и наружная поверхность экранных труб и
определяется по расчётным графикам, приведённым на рис. 6.1. Для экрана,
выполненного в виде сплошной стенки труб, и для первого конвективного пучка, x=1.
В расчёте принимаем xп=1 и xб.э=1
Расчётная длина топки принимается
3,5 м.
Условный коэффициент загрязнения ζ лучевоспринимающей
поверхности нагрева при мазутном отоплении выбирается равным 0,9 для
лучевоспринимающих поверхностей, составленных из гладких труб. В расчёте
принимаем ζ=0,9
Для расчёта топки при нормальной
нагрузке котла с мазутным отоплением величину температуры газов на выходе из
топки t'з.т в первом приближении можно выбрать равной примерно 1150÷1300 ºC. В расчёте принимаем
t'з.т=1300 ºC.
Геометрические параметры
конвективных пучков труб определяют оптимальность компоновки поверхности
нагрева, что позволяет сделать правильную оценку эксплуатационных
показателей процесса конвективного теплообмена в рассматриваемых элементах
котла.
К геометрическим параметрам пучка
относят наружный диаметр труб d, шаги: поперечный s1 и продольный s2 (по глубине пучка), а также относительное расположение труб
(шахматное или коридорное).
При оценке оптимальных условий
компоновки пучков парообразующих труб, пароперегревателя и хвостовых
поверхностей нагрева необходимо учитывать прежде всего теплотехнические
показатели и эксплуатационную надежность котлов в целом.
В случае шахматного
расположения труб в пучке поверхность нагрева при прочих равных условиях
получается несколько меньшей, чем при коридорном их расположении.
Более компактные поверхности нагрева
можно получить путем уменьшения диаметра и шагов труб. Однако такое уменьшение
можно считать оправданным лишь в том случае, если это не вызовет снижения
эксплуатационной надежности и экономичности котла, что имеет первостепенное
значение для транспортного судна.
В связи с этим величины диаметров
труб и их шагов необходимо оценивать, исходя из совместного рассмотрения
условий, обеспечивающих высокую надежность и экономичность котла.
Диаметр труб в общем случае выбирают
в зависимости от качества сжигаемого топлива и питательной воды, а также исходя
из условия обеспечения надежной циркуляции воды и пароводяной смеси в котле. В
этом отношении различные элементы котла имеют некоторые особенности.
Для обеспечения надежной и
устойчивой циркуляции при различных нагрузках конвективный пучок компонуют
наиболее часто из труб. двух диаметров. Трубы, воспринимающие наибольшее
количество тепла, т.е расположенные ближе к топке имеют больший диаметр, чем
последующие ряды труб. Опыт, накопленный при проектировании, постройке и
эксплуатации судовых котельных установок, позволяет считать приемлемыми
следующие диаметры труб: для парообразующих поверхностей нагрева
вспомогательных котлов 57×3,5(4,5); 44,5×3; 38×3 и 29×2,5 мм; для пароперегревателей 38×3; 29×2,5 и 25×2,5 мм; для воздухоподогревателей 44,5×2; 38×2 и 38×1,6 мм.
При выборе поперечного s1 и продольного по ходу газов s2 шагов труб в пучке необходимо учитывать следующие основные
условия, которые ограничивают эту величину. При уменьшении шагов s1 и s2 повышается наружное
загрязнение труб, а так же увеличивается толщина трубных досок барабанов и
коллекторов. В этом отношении характеристикой пучка служит расстояние между
центрами соседних труб. Количественную оценку s можно произвести на основании
данных практики по конструкциям судовых водотрубных котлов. Исходя из
вышеперечисленных условий, можно получить удовлетворительную компоновку пучка
труб (рис. 6.16), если при мазутном отоплении принять s≥dн+15
мм (где dн - наружный диаметр
труб, мм). Из опыта постройки и эксплуатации судовых водотрубных котлов
следует, что s1≈dн+(15÷17 мм) и для коридорных
и для шахматных пучков труб.
Величина продольного шага труб s2 в коридорных пучках слабо влияет на теплообмен и может приняться
равным s2≈s1 из соображения обеспечения низкой интенсивности загрязнения при
удовлетворительных размерах пучка.
В шахматных пучках труб продольный
шаг s2 оказывает существенное
влияние на теплообмен, т.к. совместно с шагом s1 определяет величену косого шага sк (рис. 6.16, б), от которого зависит скорость газа в пучке так же,
как и от s1. Из опыта эксплуатации
судовых водотрубных котлов следует, что с теплотехнической точки зрения
целесообразно принимать sк≈s1 (т.н. равнопроходные пучки труб), а продольный шаг s2 в этом случае лежит в пределах s2≈(0,9÷1,1)∙dн.
Для уменьшения поверхности нагрева
пароперегревателя первый пучок труб можно выполнить и с увеличенным шагом: s1=(1,5÷2,0)∙dн
и s1=(1,5÷1,7)∙dн
При расчёте в пучка парообразующих
труб принимаем:
Шахматное расположение труб;
Диаметр трубы dн=29×2,5 мм;
Поперечный шаг труб s1=58
мм;
Продольный шаг s2=116 мм.
При расчёте в пароперегревателя
принимаем:
Шахматное расположение труб;
Диаметр трубы dн=38×3 мм;
Поперечный шаг труб s1=76
мм;
Продольный шаг s2=150 мм.
При расчёте в воздухоподогревателя
принимаем:
Коридорное расположение труб;
Диаметр трубы dн=38×1,6 мм;
Поперечный шаг труб s1=70
мм;
Продольный шаг s2=70 мм.
Число рядов труб в пучке
парообразующих труб принимаем z2=12.
Число рядов труб в пароперегревателе
принимаем z2=1 из компоновки котла.
Коэффициент использования
поверхности нагрева учитывает уменьшение тепловосприятия конвективной поверхyости нагрева вследствие
неравномерного омывания ее газовым потоком.
Необходимо отметить, что судовые
агрегаты имеют сравнительно малую неравномерность потока по сечению газоходов,
которая в известных пределах компенсируется повышенным тепловосприятием путем
увеличения скорости газов в омываемой части поверхности нагрева.
Неравномерность омывания поверхностей нагрева отдельных элементов котла
возрастает при наличии газонаправляющих перегородок. Компоновка судовых котлов
позволяет обеспечить довольно полное омывание поверхностей нагрева потоком
газов и воздуха, что дает возможность при тепловых расчетах выбирать коэффициент,
учитывающий неравномерность омывания ξ=0,9-1,0.
При расчёте в пучка парообразующих
труб принимаем: ξ=0,9
При расчёте в пароперегревателя
принимаем: ξ=0,9
При расчёте в воздухоподогревателя
принимаем: ξ=0,9
Коэффициент загрязнения поверхности
нагрева ε - это тепловое
сопротивление, обуславливаемое теплопроводностью трёхслойной стенки трубы
(металлическая стенка, наружные и внутренние загрязнения). Увеличение
загрязнения снижает экономичность и надёжность котла. Наружное загрязнение труб
имеет место во всех судовых котлах и зависит в основном от сорта топлива и
способа его сжигания, типа поверхности нагрева и эффективности сажеобдувочных
устройств. При сжигании сернистых мазутов на трубах могут образовываться
плотные отложения, содержащие сажу, сернистые соединения, а в золе -
легкоплавкие вещества, вызванные наличием ванадия и натрия в топливе.
Для уменьшения вредного влияния этих
загрязнений на работу котла поверхности нагрева в процессе эксплуатации
обдувают не менее раза в сутки, а также моют на стоянке горячей питательной
водой через 2÷3
месяца.
Однако полной наружной отчистки труб
добиться невозможно, и поэтому приходится учитывать некоторую
среднеэксплуатационную степень загрязнения поверхности нагрева.
Внутренние загрязнения могут иметь
место со стороны теплоотдачи. От стенки к нагреваемой среде (воде, пару,
воздуху). При расчёте воздухоподогревателя влиянием загрязнения с воздушной
стороны можно пренебречь.
При равных условиях коридорные пучки
имеют более высокое значение ε, чем шахматные. Повышенное загрязнение коридорных пучков может
быть объяснено особенностью газового потока, заключающемся в том, что
последующие ряды труб попадают в вихревую область, образующуюся за трубами,
расположенными впереди. Условия омывания лобовой части труб в этой области ухудшается,
в следствии чего является не только снижение интенсивности теплообмена
конвекцией, но и повышение отложения взвешенных частиц на поверхности труб. Тем
не менее коридорное расположение труб создаёт определённые удобства при
отчистке поверхности нагрева от наружных загрязнений.
Относительное изменение коэффициент
загрязнения ε
с изменением скорости газового потока для шахматных и коридорных пучков труб
можно считать практически одинаковым. При увеличении скорости газов снижение ε происходит за счёт некоторого самообдувания труб газовым потоком.
Температура стенки трубы также влияет на степень загрязнения наружных
поверхностей. При более высокой температуре стенки возрастает отложение
взвешенных частиц на поверхности труб.
С учётом рассмотренных условий
загрязнение поверхностей нагрева суммарный коэффициент можно рекомендовать
выбирать равным ε=0,005÷0,009 (м2∙К)/Вт для всех морских котлов с
мазутным отоплением при обычных скоростях газов в пучках пароводяного тракта и
воздухоподогревателя (при нормальной нагрузке). Большее значение выбирается для
вспомогательных и утилизационных котлов.
При расчёте в пучка парообразующих
труб принимаем: ε=0,009
При расчёте в пароперегревателя
принимаем: ε=0,009
При расчёте в воздухоподогревателя
принимаем: ε=0,009
При нормальной нагрузке судового
котла средняя скорость пар в трубах пароперегревателя должна составлять ωп=15÷20 м/с, что позволяет обеспечить эффективную теплоотдачу от труб к
пару и их достаточную надёжность с точки зрения невозможности парогазовой
коррозии. Применение более высоких скоростей нежелательно, т.к. это может
вызвать недопустимое снижение давления пара в пароперегревателе. При наименьшей
нагрузке , соответствующей режиму работы судовой установки, конструктивная
компоновка пароперегревателя должна обеспечивать скорость пара в трубах около 2÷5 м/с (это условие может
быть выполнено, если выбрать указанную выше скорость пара при нормальной
нагрузке). В расчёте принимаем ωп=20 м/с для основного
расчёта и ωп=5 м/с - при 25%
нагрузке.
Все рисунки (графики и номограммы) и
пункты ссылаются на данный учебник:
«Енин В.И. Судовые паровые котлы.»
Используемая литература
1.Денисенко Н.И., Костылев И.И. Судовые котельные установки. /
Учебник для ВУЗов. - СПб.: "Элмор", 2005
.Енин В.И., Денисенко Н.И., Костылев И.И. Судовые котельные
установки. / Учебник для ВУЗов. - М.: Транспорт, 1993, 216 с.
.Енин В.И. Судовые паровые котлы. / Учебник для ВУЗов. 2-е изд.
перераб. и доп. - М.: Транспорт, 1984, 248 с.